石墨烯基纖維超級電容器(FSSCs)作為最具前景的儲(chǔ)能器件之一，正受到廣泛關(guān)注。然而，純石墨烯纖維的比電容與本征脆性之間的矛盾阻礙了其實(shí)際應(yīng)用。在此，我們開發(fā)了一種制備具有高韌性和高電學(xué)和電化學(xué)性能的石墨烯基三元復(fù)合CNT/MXene/石墨烯(CMG)纖維電極的策略。這些性能歸因于石墨烯片內(nèi)的三維交聯(lián)導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，通過酸化碳納米管、石墨烯片和MXene之間的共價(jià)鍵和π - π相互作用，這大大提高了CMG纖維的抗拉強(qiáng)度、韌性和電傳輸。優(yōu)化后的CMG纖維具有高韌性(約1.7 MJ m
−3)和高電導(dǎo)率(約420 S cm
−1)，分別是還原氧化石墨烯纖維的4倍和2倍。基于優(yōu)化的CMG光纖組裝的FSSC具有237 mF cm
−2的面積電容和85%的良好率性能。
圖1 (a) CMG纖維的制作工藝示意圖。(b)收集的CMG纖維的數(shù)字照片。(c)用CMG纖維刺繡的字母“D”的數(shù)碼照片。(d) CMG纖維結(jié)的掃描電子顯微鏡(SEM)圖像。
圖2. (a) CMG纖維內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。(b) rGOF, C1(MG)40f, C1(MG)20f, C1(MG)10f的FTIR光譜。rGOF (c−e)和C1(MG)20f (f−h)纖維的形貌和截面的掃描電鏡圖像。
圖3 (a)不同石墨烯基纖維的典型應(yīng)力應(yīng)變曲線。rGOF和CMG纖維的韌性和拉伸模量(b)以及電導(dǎo)率和拉伸強(qiáng)度(c)。(d)提出C1(MG)
20f拉伸斷裂過程中的組織演化模型。rGOF (e)和C1(MG)
20f (f)斷口形貌的掃描電鏡
圖4. rGOF、C1(MG)
40f、C1(MG)
20f和C1(MG)
10f的電化學(xué)性能。
圖5。(a) CMG FSSCs和其他已報(bào)道的碳基固態(tài)FSSCs的Ragone圖。(b) C1(MG)
20f與先前報(bào)道的GFs的綜合性能比較，包括CA、速率性能、電導(dǎo)率、強(qiáng)度和韌性。四個(gè)基于C1(MG)
20f的串聯(lián)FSSCs分別連接到一個(gè)小型溫度計(jì)之前(c)和之后(d)的照片。
相關(guān)科研成果由東華大學(xué)紡織學(xué)院Chunhong Lu 等人于2022年發(fā)表在ACS Applied Energy Materials (https://doi.org/10.1021/acsaem.2c01526)上。原文：Three-Dimensionally Conducting Network in Graphene-Based Composite Fibers toward Enhanced Electrochemical and Toughness Performance in Fibrous Supercapacitors。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號
